一种具有降噪装置的电力电容器的制作方法

本发明涉及到电力电容器领域，特别涉及一种具有降噪装置的电力电容器。

背景技术：

随着超高压、特高压直流输电工程越来越多，在超高压、特高压直流输电系统在交、直流变换过程中，产生大量谐波。谐波电流通过交流并联、滤波电容器和直流滤波电容器时，电容器单元内介质收到交变电场力作用而产生振动，导致电容器单元外壳表面振动，紧邻电容器单元外壳表面的空气随之振动产生声音。而在超高压、特高压电力系统中，这类并联、滤波电容器装置具有容量大、占地面积大及塔架高的特点，在一定条件下，所有电容器单元的噪声合成后将达到大于60dB的可听噪声，对周围居民的生产、生活产生不利影响。

目前，电力电容器的降低噪声方案大部分是在内部降噪，这种降噪效果不是很明显，而且给生产和检修带来困难。

技术实现要素：

本发明提供一种具有降噪装置的电力电容器，能够在保证电力电容器安全运行的前提下，降低噪音，并方便安装检修。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有降噪装置的电力电容器，包括电容器壳体和安装在电容器壳体底部的金属外壳罩，金属外壳罩与电容器壳体密封连接，金属外壳罩中填充有阻尼材料，阻尼材料为弹性材料、且其中填充有高密度颗粒和/或气泡，调节高密度颗粒的质量m和密度及阻尼材料的等效弹性系数k和等效阻尼系数C的变化，控制降噪装置的频率，以吸收电容器的主要噪声。

进一步，高密度颗粒的质量m、阻尼材料等效弹性系数k和等效阻尼系数C组成的震动系统，满足以下关系式：

其中：k为阻尼材料的等效弹性系数，C为阻尼材料的等效阻尼系数，m为高密度颗粒的等效质量，k₁、C₁以及m₁分别为电容器外壳振动面的等效刚度、等效阻尼系数以及等效质量；

式中,

为阻尼系统振动位移的二阶导数

为阻尼系统振动位移的一阶导数

x为阻尼系统振动位移

F为振动力

为外壳振动位移的二阶导数

为外壳振动位移的一阶导数

x₁为外壳振动位移

通过调整高密度颗粒的等效质量m和阻尼材料的等效弹性系数k，减小电容器外壳振动，将振动能量消耗在阻尼C中。

进一步，所述金属外壳罩与阻尼材料之间形成有空腔，在空腔中安装有吸音物质或在金属外壳罩底部内侧粘贴有阻尼材料。

进一步，所述高密度颗粒质量为0.1g～100g。

进一步，阻尼材料具有不平整表面。

进一步，所述金属外壳罩内表面涂抹有吸音材料。

进一步，金属外壳罩与电容器壳体连接处设置有密封橡胶垫。

本发明有降噪装置的电力电容器包括电容器壳体和密封安装在电容器壳体底部的金属外壳罩，金属外壳罩与电容器壳体密封连接，金属外壳罩中填充有阻尼材料，阻尼材料中填充有高密度颗粒和/或气泡，调节高密度颗粒的质量m和密度及阻尼材料的等效弹性系数k和等效阻尼系数C的变化，控制降噪装置的频率，以吸收电容器的主要噪声；本发明比常规电容器噪声辐射量大幅度降低，且该装置成本低、工艺简单，易于生产和制造，对电力电容器的散热影响极小且不影响其稳定性，能够在保证电力电容器安全运行的前提下，降低噪音，并方便安装检修。

进一步，金属外壳罩与有机阻尼材料之间形成空腔，吸音空腔可加入吸音材料更有效吸收噪声，能够降低电力电容器的噪音，并且不影响电力电容器的散热，而且检修方便。

进一步，所述的有机阻尼材料具有不平表面，可以控制频率，吸收电容器主要频段声音。

【附图说明】

图1为具有降噪装置的电力电容器结构示意图；

图2为有机阻尼材料示意图，其中(a)为全填充高密度颗粒示意图，(b)为填充高密度颗粒和气泡组合示意图；

图3电容器外壳振动幅值放大因子曲线图；

图4阻尼材料与高密度颗粒组成的降噪系统等效图；

图5所示为考虑外壳振动后的等效模型；

图6降噪效果图；

图中：电容器壳体1；气泡2；高密度颗粒3；不平整表面4；空腔5；金属外壳罩6；密封橡胶垫7；弹簧-质量块8。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明降噪装置的电力电容器，在电力电容器壳体1底部安装一种噪音屏蔽装置，该装置位置由两部分组成，即阻尼材料和金属外壳罩6。参照图2，图2(a)为全填充高密度颗粒示意图；图2(b)为填充高密度颗粒和气泡组合示意图；阻尼材料中填充高密度颗粒3或气泡2或两者都有；阻尼材料与金属外壳罩之间形成空腔5，空腔可以安装有吸音物质或空腔5里可以填充阻尼材料，且金属外壳罩6内表面可以涂抹吸音材料，并将其固定电位8与电容器壳体密封，这样有利于更好的吸收电容器产生的噪音。

高密度颗粒3质量在0.1g～100g之间，调节高密度颗粒的质量和密度及有机阻尼材料的弹性模量k和阻尼系数c的变化，控制降噪装置的频率，以适应电容器的主要噪声频率的吸收。

本发明进一步改进和特点在于：

所述的有机阻尼材料内含有高密度颗粒或气泡，或两者都有；

所述的有机阻尼材料具有不平表面4，可以控制频率，吸收电容器主要频段声音；所述的金属外壳罩固定电位与电容器壳体密封连接；

高密度颗粒可以根据电容器电流调整其质量和密度及调整有机阻尼材料的弹性模量k和阻尼系数C达到更好的降噪效果；

所述的在金属外壳罩内表面涂抹吸音材料。

降噪基本原理：

电容器噪音由电容器外壳振动产生，外壳振动主要发生在顶部与底部。本发明仅仅说明在底部安装情况，顶部安装与底部安装类似。

电容器噪音为频率为有限的频率点。通常情况下，起到主要作用的频率为2～4个频率点。

例如单调谐滤波器，主要谐波为滤波支路的调谐频率f0，那么对应的噪音频率可以采用式(1)计算：

fsound＝f0±50 (1)

如果电容器为双调谐支路f0，f1，噪音的主要频率点可以采用式(2)以及式(3)计算：

fsound1＝f0±50 (2)，

fsound2＝f1±50 (3)

其余分量虽然存在，但是这些分量不是最主要的噪音频率。电容器噪音处理好这几个主要分量即可到达较好的降噪效果。

如图1所示，降噪结果分为8个部分组成。

振动主要频率可以根据不同的电容器应用情况采用式(1)～式(3)进行计算。然后选取一个或两个主要分量。

阻尼材料中气泡2作用主要是增加声波传递的折反射，加大声波衰减。

阻尼材料中添加的高密度颗粒3与阻尼材料组成弹簧-质量块8系统，用于吸收特定频率的振动。

阻尼材料表面进行粗化处理，是不平整表面，即表面设置凹凸不平的表面增加折反射面积。进一步消耗噪音能量。

空腔5内部用于填充吸音材料。

金属外壳罩6用于内部材料的防水隔离，并且起到隔音作用。外壳内表面可以刷涂或粘贴阻尼漆或吸引棉毡。

密封橡胶垫7用于内部材料密封并避免金属外壳罩6与电容器外壳直接刚性接触。

阻尼材料与内部高密度颗粒组成弹簧-质量块8系统，用于消除内部特定频率的振动。

如图4所示，弹簧-质量块8的降噪系统等效图。其中k为项阻尼材料的等效弹性系数，C为阻尼材料的等效阻尼系数，m为高密度颗粒的等效质量。由阻尼材料与高密度颗粒3组成的系统安装在电容器振动外壳上。

图5所示为考虑外壳振动后的等效模型。其中，质量中心为假设的电容器某一不发生振动的固定位置；k₁、C₁以及m₁分别为电容器外壳振动面的等效刚度、等效阻尼系数以及等效的质量。

当没有增加复合阻尼系统时，电容器外壳等效为k₁、C₁以及m₁组成的主系统，系统振动方程满足式(4)。

式中,

为阻尼系统振动位移的二阶导数

为阻尼系统振动位移的一阶导数

x为阻尼系统振动位移

F为振动力

当增加复合阻尼系统后，k、C、m组成动力吸振，系统方程为式(5)所示：

式中：

为外壳振动位移的二阶导数，

为外壳振动位移的一阶导数，

x₁为外壳振动位移，

F振动力，

对于电容器外壳的振动幅值放大因子可以表示为式(6)

其中：μ为质量比，γ为固有频率比，ξ为阻尼比，|A₁|为振幅；X_st为外界激振力引起的静变形

图3电容器外壳振动幅值放大因子曲线图

可以通过高密度颗粒的等效质量m以及参数k，减小电容器外壳振动，将振动能量消耗在阻尼C中。

图6降噪效果图，其中：五角星为增加降噪，圆形为原始结果，降噪效果明显。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。